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《少年科学画报》

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《少年科学画报》坚持向少年儿童传播科学思想,普及科学知识,传递科技信息,传授科学方法,激发少年儿...

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馋嘴工程师

2013-08-21 16:48:20

自然界中只有少数金属以游离态存在,可以直接拿来使用,例如金、银、铂、铋,而绝大多数金属都以化合态存在,需要经过冶炼加工,去除矿石中的杂质,才能得到可以使用的金属。例如从地下挖出来的铁矿石,经过冶炼变成铁或钢,这两种金属在我们生活中随处可见。与此相同的还有铜是从含铜矿石中冶炼出来的,铝是从铝矿中冶炼出来的……

这些金属矿物一般都深埋地下。其中,那些储量大、杂质少、开采简单、便于人类开发利用的矿藏被称为高品位矿;相反的,储量少、品质低、难以通过现在的科学技术被我们充分利用的矿藏被称为低品位矿。


23521 传统冶炼工艺消耗大量的资源

传统冶金加工技术主要依赖于高温、高压、强酸或强碱灯苛刻条件下的强烈反应来分解矿石、提取制作金属。但是,这个过程需要消耗煤、电、水等能源和资源。冶练出同样多的金属,低品位矿比高品位矿消耗更多的能源和资源,同时也造成更多的污染。怎么办,就这样放弃这部分资源吗?有没有一种更经济的方法呢?科学家们找了适温细菌来帮忙。


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螺旋类芽孢杆菌,能吃矿石的一种微生物


“吃”的本领大

自然界存在的能氧化矿石的微生物被称作适温细菌,大约有0.5~2.0微米长、0.5微米宽(把1毫米分成1000等份,其中的一份就等于1微米),用肉眼难以看清单个个体。千万不要小看这些适温细菌,它们虽然个子小小,但当它们聚在一起、繁衍出很多后代时,我们就能亲眼见证它们发挥出的超强的“吃饭”本领!看到这里,你是不是产生了疑问:“如果吃也能算本领,那我本领可大啦!”问题没有这么简单——它们“吃”的是矿石!

这些细菌以含有铜、铅、金、锌等元素的矿石“为食”,通过氧化获取能量。矿石被“消化”后,铜、铅、锌等元素变成可以进入溶液的离子状态,只要再对溶液进一步处理,把这些元素从溶液里提取出来,我们就有铜、铅、锌等金属可以使用了。如此,那些难处理的低品位矿石,也能为我们所用了。


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对住所要求高

利用细菌吃矿石提炼金属的过程不产生二氧化硫等污染物,没有消耗很多能源……这么经济的冶炼方式,难怪科学家们一经发现就喜欢上了。但是,目前这种方法还有一些局限性:反应速度慢,细菌对环境的适应性差,超出了一定的温度范围细菌难以成活……为了让这些细菌能高效地工作,科学家们只能想办法为它们营造舒适的家。否则,细菌会变得懒懒的、不吃不喝,我们就得不到那些有用的金属了。

 

虽然,这些适温细菌物如何氧化酸性金属的机理还不得而知,但科学家和它们“合作开发”矿石的工作进行得很顺利。

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锌矿

 

在我们的周围存在这样一群生物,它们个头小、数量多,是大自然中不可缺少的一部分,人类对它们认识得还不够全面,但有一部分群体已为我们所用,它们就是细菌微生物,大自然的工程师。你能找出一种有类似作用的细菌吗?

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金中在自然界以游离态存在






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